2. lecke. Kiegészítő tananyag: A számítógép és a külvilág kapcsolata, portok


- Üzenetforrás
- A/D átalakítás
- Számítógépes folyamatirányítás
- Portok


Jellegüket tekintve: diszkrét vagy analóg.
A diszkrét üzenetforrást egy úgynevezett forráskódoló alakítja át a számítógép számára olvasható jellé. A folyamat megfordítottját forrásdekódoló végzi.
Állandó szóhosszúságú kód például ASCII-kód, EBCDIC-kód.
Lényegük az, hogy alkalmazásukkor a gyakran előforduló szimbólumokhoz rövidebb, míg a ritkábban előfordulókhoz hosszabb bináris adatfolyamot rendelünk. Ezzel a megoldással az információ feldolgozását, valamint továbbítását gyorsíthatjuk.
Mindkét kódolásnál meghatározó adat az egyes szimbólumok előfordulási valószínűsége.

D/A (digitális/analóg) konverterek végzik.
Ezek az átalakítások nélkülözhetetlenek például az ipari folyamatok vezérlési, illetve szabályozási folyamatainál.

Viszont a feldolgozáshoz ez kevés, mert a mért értékeket hozzá kell rendelni digitális számokhoz. Ezt úgy is értelmezhetjük, hogy a változó értéktartományt véges sok intervallumra osztjuk, és az intervallumokat egy kijelölt elemével reprezentáljuk. Láthatjuk, hogy ez amplitúdóban történő diszkretizálást jelent, azaz a mért mintákhoz hozzárendelünk egy digitális számot, melyet fizikailag már tudunk illeszteni a számítógéphez. Ezt a folyamatot nevezzük kvantálásnak.
A kvantálás pontosságát az határozza meg, hogy hány biten kvantálunk. Ez azért fontos, mert kvantálás után a jelet már nem tudjuk eredeti állapotába visszaállítani (információvesztés történik), tehát a pontos feldolgozás nagyobb bitszámon történő kvantálási folyamatot igényel. Nézzünk erre egy példát grafikonos ábrázolással (7.2.2 ábra), majd az értékeket adjuk meg táblázatban (7.2.1 táblázat) is. A táblázatban az idő függvényében mért feszültségértékeket és az ezekhez rendelt digitális számokat láthatjuk. A 7.2.2 ábrán 32 mV feszültségsávot 24-en, azaz 16 részre bontottuk, és ezekhez a sávokhoz rendeltük a digitális számot. Az ábrán ennek csak egy részletét láthatjuk. Megfigyelhetjük, hogy így 20 mV nagyságra 10 sáv adódik.
2. ábra. Mintavételezés és kvantálás
1. táblázat
A D/A átalakítás az A/D konvertálás fordított művelete. Olyan eljárás, amely a digitális jelből állítja elő az analóg jelet. Ezzel tudunk illeszteni például számítógépről vezérlő- vagy szabályozási jeleket ipari folyamatokhoz.
A mérőátalakító kimenetén egy minimális és maximális feszültségszint között lehet az a feszültség, amelyet digitalizálni kell. A mérőátalakítók maximális kimeneti feszültségszintjére vonatkozóan több tipikus érték használatos, de ezek értékei általában a –10 V-tól +10 V-ig terjedő intervallumba esnek.

3. ábra. A számítógépes folyamatirányítás blokkvázlata
4. ábra. A számítógépes folyamatirányítás blokkvázlata
Mind a két eljárásnak vannak előnyei és hátrányai. Gondoljunk a két alkalmazás alkatrész igényére, illetve gyorsaságára.

a) Átvitel párhuzamos porton keresztül
Ez bájtsoros és egyúttal bitpárhuzamos adatátvitelt jelent
b) Átvitel soros porton keresztül (RS 232 C interfész)
A port alkalmazásakor bájtsoros és a bájtokon belül bitsoros adatátvitel történik. Kevesebb darabszámú vezetékkel realizálható, mint a párhuzamos megoldás. Alkalmazásával az átviteli távolság legfeljebb 15 m lehet. Hátránya a lassabb adatátvitel, de ezt a korszerű hardverelemek kompenzálhatják. A soros adatforgalom egy vezetékpáron folyik. Az egyik vezetéken történik az adás, a másik vezetéken pedig a vétel. Így szimplex, illetve duplex (egyidejűleg van adás és vétel is) rendszer egyaránt kialakítható. Csatlakozója lehet 25 vagy 9 pólusú. A szabvány megalkotásánál úgy gondolták, hogy a 25 pólusú csatlakozó valamennyi vezetékére szükség lesz, de a technika fejlődésével a szükséges vezetékek száma csökkent, ezért használunk manapság 9 pólusú csatlakozót. Általában a leggyakrabban használt IBM PC gépek a COM1-gyel és a COM2- vel jelölt soros portja az RS 232 C szabvány szerinti.
0 V → +12 V,
5 V → -12 V.
Ezek az új szabványok lehetővé tették a nagyobb távolságok áthidalását, több készülék összeköttetését a pont – pont összeköttetést megvalósító RS 232 C helyett, és növekedett az átviteli sebesség.
5. ábra. RS 232 kapcsolati rendszere
c) RS 449 interfész (ipari célú felhasználás esetén)
Az RS 423-as összeköttetése koaxiális kábellel történik, míg az RS 422-es megvalósítása sodrott érpár. Mindkét esetben differenciálerősítő fogadja a jeleket.
d) RS 485 interfész (ipari célú felhasználás esetén)
Az interfészkábel 2 erű csavart érpárárnyékolással van ellátva.
Félduplex üzemben 32 db adó/vevőt képes együttműködtetni multidrop hálózaton (sok üzenetszórásos hálózat).
Tehát, ez az interfész pollingolt, master/slave protokollal működik. Összefoglalva: az RS 485 interfészkábelen csak az az adó küldhet közleményt, amelyet a MASTER a Controll jelű ponton programmal megjelölt. Blokkvázlatát a 7.2.6 ábra mutatja.
6. ábra. Az RS 485 interfész kapcsolati rendszere
TXD-vezeték → adóvezeték,
RXD-vezeték → vételvezeték,
Controll vezeték → kiválasztja, hogy melyik interfész szolgáltathat adást.
A 7.2.7 ábrán a folyamatirányító rendszer folyamatperifériáinak rendszerbe történő kapcsolását láthatjuk:
7. ábra. A folyamatirányító rendszer folyamatperifériáinak rendszere
Az RS 485 esetén az adatsebesség elérheti a 10 Mbit/s-ot. Az áthidalható távolság 1200 m. A buszra köthető készülékek száma 32. Persze ezek az adatok csak akkor igazak, ha a vezeték megfelelő keresztmetszetű, az adott érpár csillapítása nem nagyobb egy határértéknél stb. Természetesen a rendszer működőképes kisebb keresztmetszetű érpárnál is, csak kisebb lesz az áthidalható távolság, vagy az összeköthető készülékek száma lesz kisebb.
e) PS/2
f) USB (Universal Serial Bus)

- Milyen üzenetforrásokat ismer?
- Mi a mérőátalakító (jeladó)?
- Ismertesse az A/D átalakítás folyamatát!
- Rajzolja fel a számítógépes folyamatirányítás blokkvázlatát!
- Milyen portokat ismer?